【摘要】化学课程标准强调“通过以化学实验为主的多种教学活动,使学生体验科学研究的过程,激发学生学习化学的兴趣,强化科学探究的意识,促进学习方式的转变,培养学生的创新精神和实践能力。”化学学科中的探究性实验就是体现探究性学习精髓的一种有效途径。
【关键词】化学实验 探究性 实验教学 探索
化学课程标准强调“通过以化学实验为主的多种教学活动,使学生体验科学研究的过程,激发学生学习化学的兴趣,强化科学探究的意识,促进学习方式的转变,培养学生的创新精神和实践能力[1]。”化学学科中的探究性实验就是体现探究性学习精髓的一种有效途径。
1.探究性实验教学的理论依据
英国著名科学家波普尔曾经指出:“科学和知识的增长,永远始于问题,终于问题――愈来愈深化的问题,愈来愈能启发新问题的问题。”在化学教学中,将知识隐含于化学问题中,通过问题解决来建构知识,以问题启动教学,在整个探究活动中,学习始于问题,终于问题解决,学习随着问题的不断解决而逐渐深化,问题贯穿于整个探究学习活动的过程中,是整个学习活动的中心[2]。
现代认知心理学认为,思维的本源在于问题情境,且以解决问题情境为目的,好的问题情境,往往能激发学生强烈的问题意识和探求动机,从而独立地解决问题,发展其思维能力和创造能力。化学教学中将探究性实验作为创设问题的手段是最好的情景创设之一,它通过实验的设计、改进,使学生产生提出问题和解决问题的动机,获得比知识更重要的东西――获得知识的方法[3]。
竞争与合作是人类进步的推动力。现代建构主义理论中特别强调“合作学习”的作用,探究性实验教学在培养学生合作精神、探索精神、竞争意识和实践能力方面,也是最佳途径之一。
2.探究性实验教学的模式
探究性实验是由学生自己运用实验手段,探索未知的现象或数据,并在获得的现象或数据的基础上概括出实验结论的一类实验形式。按学生的主体活动可分为引导探究和开放探究两种模式。它的一般过程是:
2.1提出问题:在阅读、观察、调查中对自然现象、生活现象或实验现象产生好奇,发现或提出一些有探究价值的问题。化学中的问题可从化学与社会、化学与自然、化学与生活等方面考虑,力求从学生的生活情境和已有经验出发,力求贴近生活、贴近社会,例如水资源取之不尽吗?酸雨离我们还远吗?等等。
2.2假设与猜想:结合日常现象和化学学习,针对准备研究的课题,通过查阅书刊、浏览传媒和上网等途径,有根据的推测自己的研究结果可能是什么,大胆地猜想与合理的假设,这样可培养学生的探索精神、质疑和批判精神及创新精神。
2.3设计实验:针对探究的目的和条件,制定较为周密的计划,自主设计实验或有关的活动方案及可行的操作步骤,达到预期目标。
2.4进行实验,获取实验事实与证据:进行正确的实验操作,注意观察现象,科学记录数据,在实验中注意观察与思考相结合。
2.5分析并得出结论:将所收集到的现象与数据用化学知识加以分析、处理,得出结论。并与假设进行比较,对与猜想不一致的现象加以解释。
3.教学案例
探究问题:对钢铁锈蚀的环境条件的探究
3.1提出问题。教材描述到:全世界每年被腐蚀损耗的钢铁材料,约占全年钢铁产量的十分之一。那么,金属锈蚀到底与哪些因素有关呢?
3.2猜想与假设。同学们思维非常活跃,你一言我一语,提出了很多种猜想与假设,我们可以适时地对学生的思路加以引导,经过讨论,最终归纳出以下几种假设:
假设一:金属锈蚀与水有关
假设二:金属锈蚀与空气有关
假设三:金属锈蚀还与其它因素有关
3.3设计实验,进行验证。在讨论的基础上,设计出实验方案,老师对各方案进行检查、指导,学生动手进行实验。
取洁净无锈的铁钉若干,分别放入试管中,然后进行下面的实验(可以分组在课外进行,完成后向大家报告实验结果)。
(1)试管①中加入稀酸溶液,浸没铁钉后,倒去溶液;生锈,且较快。
(2)试管②中加入少量的蒸馏水,铁钉的一半浸没在水中;生锈,但时间较长;
(3)试管③中迅速冷却的沸水,塞紧橡皮塞;不生锈;
(4)试管④中加入少量氯化钠溶液,铁钉的一半浸没在溶液中;生锈,且较快;
(5)把试管⑤烘干或加入干燥剂,并塞紧橡皮塞;不生锈;
(6)试管⑥中加入蒸馏水完全浸没铁钉,并在上面加入一些花生油;不生锈;
……
3.4分析与结论。同学们根据观察到的现象,分组讨论、分析,得出结论:钢铁锈蚀与水、空气有关,还跟其它因素有关;因此原假设一、二、三都是成立的。
3.5反思与评价。同学们结合实验现象及日常生活现象,经过讨论,认为:
①钢铁的锈蚀将给人类带来巨大的损失,应对钢铁制品加以防护。钢铁制品可通过保持干燥、做保护膜、改变金属结构等方法加以保护。
②钢铁制品的的锈蚀还将给环境带来污染,对金属制品回收并加入利用,既可防止环境污染,还能节约资源,变废为宝。
4.探究性实验教学的特点
相对于验证性实验教学的强调演示和和注重结果,探究性实验教学更注重探究的过程,它让学生通过实验探究来学习化学知识,强调在探究过程中获得知识,使科学知识与科学过程相统一。探究性实验教学有以下特点[4]。
4.1探究性。学生在“提出问题――猜想与假设――设计实验――分析现象――得出结论”的探究过程中,积极主动地获取知识、认识和解决化学问题,了解科学研究的一般过程,初步形成科学探究的能力。
4.2自主性。探究性实验以学生的直接经验为基础而实施,在选择和探求问题过程中,学生可依据自己的兴趣、爱好、特长等去参与活动,老师只起指导、组织和协助的作用,它真正体现学生学习的自主性。
4.3过程性。探究性实验注重实验过程中学生的思维方式、个人体验及对信息和处理整合,注重培养学生的学习能力和研究能力。
4.4学会学习。探究性实验使学生通过设计、动手、观察、总结、交流而体会学习的价值,使思维领域不断扩大,开发出创新的潜力,逐步进入“会学”的境界。
5.教学效果与问题
在教学过程中,通过《钢铁锈蚀的环境条件的探究》《探究金属化学性质的小实验》《探索钢铁防锈的几项措施》《二氧化碳的实验室制取》《钠与硫酸铜溶液的反应》《金属的活动性顺序的探究》等多个实验的探究性教学,发现学生对该方式的教学比较喜欢,由于它具有问题性、实践性、参与性和开放性,因此极大地调动了学生学习的积极性,使他们产生了浓厚的兴趣、好奇心和求知欲,参与程度大大提高,从而培养了学生的科学情感。同时,学生在学习过程中不断受到鼓励,获得了成功的体验,更激发了踊跃参与问题的讨论和敢于探索的创新精神,促进了非智力因素的提高。
当然,限于学生的认知水平和其它条件的限制,学生自己提出探究内容的能力还有待于提高,还不能深入教材就教材中的实验、身边的问题、生产、社会中的有关化学现象去提出问题;另外,如何将探究性实验教学培养学生的创新意识和实践能力这种思想渗透于整个课堂教学之中,以全面提高学生科学的思维方法,进行科学探究式学习,仍是值得进一步探讨的问题。
参考文献
[1]《全日制义务教育化学课程标准(实验稿)解读》(2002年6月版)
[2]新课改理念下的化学探究教学观(网上论文)
[3]朱征.运用建构主义理论创设教学情境,中学化学教学参考,2002,(12)
[4]傅维华等.对探究性实验教学的研究,中学化学教学参考,2004,(4)